12. Sınıf · Üstel ve Logaritmik Fonksiyonlar

Üstel Fonksiyon

~7 dk okumaZorluk: Orta21 çözümlü soru

Bir miktarın her adımda sabit bir oranla büyümesi ya da küçülmesi (faiz, bakteri çoğalması, radyoaktif bozunma) üstel fonksiyon ile modellenir: f(x)=a^{x}. Bu derste üstel fonksiyonun tanımını ve a>1 ile 0<a<1 durumlarındaki grafiğini, temel özelliklerini ve üstel denklemleri (tabanları eşitleyerek çözme) öğreneceğiz. Üslü ifade kurallarını (a^m\cdot a^n=a^{m+n} vb.) hatırlamak bu konunun anahtarıdır. Bol örnek ve "Sıra Sende" alıştırmalarıyla ilerleyeceğiz.

1. Üstel Fonksiyon Nedir?

a>0 ve a\neq 1 olmak üzere

f(x)=a^{x}

biçimindeki fonksiyona üstel fonksiyon denir. Burada a sayısına taban denir.

Neden a>0? Çünkü taban negatif olursa (örneğin (-2)^{1/2}=\sqrt{-2}) bazı x değerlerinde sonuç gerçek sayı olmaz. Neden a\neq 1? Çünkü 1^{x}=1 her zaman sabittir, yani fonksiyon eğri değil yatay bir doğru olurdu.

Tanım kümesi tüm gerçek sayılardır (\mathbb{R}); değer kümesi ise yalnızca pozitif sayılardır: a^{x}>0 her zaman. Ayrıca a^{0}=1 olduğundan her üstel fonksiyonun grafiği (0,1) noktasından geçer.

Örnek
Soru

f(x)=3^{x} için f(2), f(0) ve f(-1) değerlerini bulunuz.

  1. f(2)=3^{2}=9.
  2. f(0)=3^{0}=1.
  3. f(-1)=3^{-1}=\dfrac{1}{3}.
Sonuç: 9,\ 1,\ \dfrac{1}{3}.

2. Artan Üstel Fonksiyon (a>1)

Taban 1'den büyükse fonksiyon artandır: x büyüdükçe a^{x} de büyür. Grafik (0,1) noktasından geçer, sağa doğru hızla yükselir; sola doğru ise x ekseni (y=0) bir yatay asimptottur — grafik ona yaklaşır ama hiç dokunmaz (çünkü a^{x}>0).

1xyy = 2ˣ
Şekil 1 — f(x)=2^{x} grafiği (a=2>1). (0,1) noktasından geçer, soldan x eksenine yaklaşır (yatay asimptot y=0), sağa doğru hızla yükselir. Değer kümesi (0,\infty).
Örnek
Soru

f(x)=2^{x} artan mı azalan mıdır? f(3) ile f(5) değerlerini karşılaştırınız.

  1. Taban 2>1 olduğundan fonksiyon artandır.
  2. f(3)=2^{3}=8, \;f(5)=2^{5}=32.
  3. 3<5 iken 8<32; büyük üs büyük değeri verir.
Sonuç: Artandır; f(3)<f(5).

3. Azalan Üstel Fonksiyon (0<a<1)

Taban 0 ile 1 arasındaysa fonksiyon azalandır: x büyüdükçe a^{x} küçülür. Yine grafik (0,1) noktasından geçer ve y=0 yatay asimptottur; ama bu kez grafik sağa doğru x eksenine yaklaşır.

\left(\frac{1}{2}\right)^{x}=2^{-x} olduğundan, azalan üstel grafik artan grafiğin y eksenine göre simetriğidir.

1xyy = (1/2)ˣ
Şekil 2 — f(x)=\left(\frac{1}{2}\right)^{x} grafiği (0<a<1). (0,1) noktasından geçer, sağa doğru x eksenine yaklaşır. Taban 1'den küçük olduğundan fonksiyon azalandır.
Örnek
Soru

f(x)=\left(\dfrac{1}{3}\right)^{x} fonksiyonu artan mı azalan mıdır? f(-2) değerini bulunuz.

Taban \frac{1}{3}, yani 0<a<1. Ayrıca \left(\frac{1}{3}\right)^{-2}=3^{2} yazabilirsin.

  1. Taban \frac{1}{3}<1 olduğundan fonksiyon azalandır.
  2. f(-2)=\left(\dfrac{1}{3}\right)^{-2}=3^{2}=9.
Sonuç: Azalandır; f(-2)=9.

4. Üstel Denklemler

Bilinmeyenin üs olarak yer aldığı denklemlere üstel denklem denir. Temel kural, üstel fonksiyonun birebir olmasına dayanır:

a^{x}=a^{y}\iff x=y\qquad (a>0,\ a\neq 1)

Yani iki tarafı aynı tabana getirip üsleri eşitleriz. Bunun için sayıları kuvvet biçiminde yazmak (örneğin 8=2^{3}, \frac{1}{9}=3^{-2}) gerekir.

Örnek
Soru

2^{x}=32 denklemini çözünüz.

  1. Sağ tarafı 2 tabanında yaz: 32=2^{5}.
  2. Denklem 2^{x}=2^{5} olur; üsleri eşitle: x=5.
Sonuç: x=5.
Örnek
Soru

3^{x-1}=\dfrac{1}{27} denklemini çözünüz.

\dfrac{1}{27}=3^{-3}. İki tarafı 3 tabanına getir, sonra üsleri eşitle.

  1. Sağ tarafı 3 tabanında yaz: \dfrac{1}{27}=3^{-3}.
  2. Denklem 3^{x-1}=3^{-3} olur; üsleri eşitle: x-1=-3.
  3. x=-2.
Sonuç: x=-2.

5. Ortak Çarpan ve Değişken Değiştirme

Bazı üstel denklemlerde aynı taban birden çok terimde görünür. Üs kurallarıyla ortak çarpan parantezine alarak ya da a^{x}=t değişken değiştirmesi yaparak sadeleştiririz.

Hatırlatma: a^{x+1}=a^{x}\cdot a ve a^{2x}=\left(a^{x}\right)^{2}.

Örnek
Soru

2^{x+1}+2^{x}=24 denklemini çözünüz.

2^{x+1}=2\cdot 2^{x} yaz; 2^{x}'i ortak parantezine al.

  1. 2^{x+1}=2\cdot 2^{x} olduğundan denklem: 2\cdot 2^{x}+2^{x}=24.
  2. Ortak çarpan: 2^{x}(2+1)=24\Rightarrow 3\cdot 2^{x}=24.
  3. 2^{x}=8=2^{3}\Rightarrow x=3.
Sonuç: x=3.

Çözümlü Örnekler

Örnek
Soru

5^{2x-3}=125 denklemini çözünüz.

  1. 125=5^{3} yaz: 5^{2x-3}=5^{3}.
  2. Üsleri eşitle: 2x-3=3\Rightarrow 2x=6\Rightarrow x=3.
Sonuç: x=3.
Örnek
Soru

\left(\dfrac{1}{2}\right)^{x}=8 denklemini çözünüz.

\dfrac{1}{2}=2^{-1} ve 8=2^{3}. Her şeyi 2 tabanında yaz.

  1. \left(2^{-1}\right)^{x}=2^{3}\Rightarrow 2^{-x}=2^{3}.
  2. Üsleri eşitle: -x=3\Rightarrow x=-3.
Sonuç: x=-3.
Örnek
Soru

4^{x}=8^{x-1} denklemini çözünüz.

Hem 4 hem 8, 2'nin kuvvetidir: 4=2^{2}, 8=2^{3}. İki tarafı da 2 tabanına çevir.

  1. 4=2^{2}, 8=2^{3}: \left(2^{2}\right)^{x}=\left(2^{3}\right)^{x-1}.
  2. Üsleri çarp: 2^{2x}=2^{3(x-1)}=2^{3x-3}.
  3. Üsleri eşitle: 2x=3x-3\Rightarrow x=3.
Sonuç: x=3.
Örnek
Soru

3^{2x}-4\cdot 3^{x}+3=0 denklemini çözünüz.

3^{x}=t (t>0) de; 3^{2x}=\left(3^{x}\right)^{2}=t^{2}. Denklem ikinci dereceden olur.

  1. 3^{x}=t diyelim (t>0): t^{2}-4t+3=0.
  2. Çarpanla: (t-1)(t-3)=0\Rightarrow t=1 veya t=3.
  3. Geri dön: 3^{x}=1\Rightarrow x=0; \;3^{x}=3\Rightarrow x=1.
Sonuç: x=0 veya x=1.
Örnek
Soru

2^{x}=10 ise 2^{x+3} ifadesinin değeri kaçtır?

  1. 2^{x+3}=2^{x}\cdot 2^{3}.
  2. 2^{x}=10 yerine koy: 10\cdot 8=80.
Sonuç: 80.

Alıştırmalar — Sıra Sende

Önce kendin çözmeyi dene; sonra çözümü açıp karşılaştır.

Örnek
Soru

f(x)=4^{x} için f\left(\dfrac{1}{2}\right) değerini bul.

  1. 4^{1/2}=\sqrt{4}=2.
Sonuç: 2.
Örnek
Soru

2^{x}=64 denklemini çöz.

  1. 64=2^{6}, demek ki 2^{x}=2^{6}.
  2. x=6.
Sonuç: x=6.
Örnek
Soru

f(x)=\left(\dfrac{2}{3}\right)^{x} fonksiyonu artan mı azalan mıdır?

  1. Taban \dfrac{2}{3}, yani 0<a<1.
  2. Bu durumda fonksiyon azalandır.
Sonuç: Azalandır.
Örnek
Soru

3^{x+2}=81 denklemini çöz.

  1. 81=3^{4}: 3^{x+2}=3^{4}.
  2. x+2=4\Rightarrow x=2.
Sonuç: x=2.
Örnek
Soru

\left(\dfrac{1}{5}\right)^{x}=25 denklemini çöz.

  1. \dfrac{1}{5}=5^{-1}, \;25=5^{2}: 5^{-x}=5^{2}.
  2. -x=2\Rightarrow x=-2.
Sonuç: x=-2.
Örnek
Soru

9^{x}=27 denklemini çöz.

  1. 9=3^{2}, 27=3^{3}: \left(3^{2}\right)^{x}=3^{3}\Rightarrow 3^{2x}=3^{3}.
  2. 2x=3\Rightarrow x=\dfrac{3}{2}.
Sonuç: x=\dfrac{3}{2}.
Örnek
Soru

2^{x}=5 ise 2^{2x}+2^{x} ifadesinin değeri kaçtır?

2^{2x}=\left(2^{x}\right)^{2}. Önce 2^{x}=5'i yerine koy.

  1. 2^{2x}=\left(2^{x}\right)^{2}=5^{2}=25.
  2. 2^{2x}+2^{x}=25+5=30.
Sonuç: 30.
Örnek
Soru

2^{x+2}+2^{x}=20 denklemini çöz.

2^{x+2}=4\cdot 2^{x}. 2^{x}'i ortak çarpan al.

  1. 2^{x+2}=2^{2}\cdot 2^{x}=4\cdot 2^{x}.
  2. Ortak çarpan: 2^{x}(4+1)=20\Rightarrow 5\cdot 2^{x}=20.
  3. 2^{x}=4=2^{2}\Rightarrow x=2.
Sonuç: x=2.
Örnek
Soru

4^{x}-5\cdot 2^{x}+4=0 denklemini çöz.

4^{x}=\left(2^{x}\right)^{2}. 2^{x}=t (t>0) diyerek ikinci dereceden denkleme çevir.

  1. 4^{x}=\left(2^{2}\right)^{x}=\left(2^{x}\right)^{2}. 2^{x}=t (t>0) diyelim: t^{2}-5t+4=0.
  2. Çarpanla: (t-1)(t-4)=0\Rightarrow t=1 veya t=4.
  3. Geri dön: 2^{x}=1\Rightarrow x=0; \;2^{x}=4\Rightarrow x=2.
Sonuç: x=0 veya x=2.
Örnek
Soru

3^{x+1}+3^{x-1}=30 denklemini çöz.

3^{x+1}=3\cdot 3^{x} ve 3^{x-1}=\dfrac{3^{x}}{3}. 3^{x}'i ortak çarpan al; içteki toplamı tek kesir yap.

  1. 3^{x+1}=3\cdot 3^{x}, \;3^{x-1}=\dfrac{1}{3}\cdot 3^{x}.
  2. Ortak çarpan: 3^{x}\left(3+\dfrac{1}{3}\right)=30\Rightarrow 3^{x}\cdot\dfrac{10}{3}=30.
  3. 3^{x}=30\cdot\dfrac{3}{10}=9=3^{2}\Rightarrow x=2.
Sonuç: x=2.

Sık Yapılan Hatalar

Not: Üstel denklemlerde refleksin her şeyi ortak tabana yazmak olsun: 4,8,16,\dots2 tabanı; 9,27,81,\dots3 tabanı. Aynı taban birden çok terimdeyse ortak çarpan, üssün karesi varsa a^{x}=t değişken değiştirmesi işini kurtarır.